长期不同施肥对稻—麦轮作紫色土麦季N2O排放的影响

摘要

农业土壤是大气N2O的重要人为排放源。土壤排放的N2O主要来源于微生物的反硝化和硝化过程,并受土壤、气候、施肥和耕作等因素的综合影响,因而呈现出复杂的时空变异性。紫色土是川渝地区最重要的农业土壤类型之一,但有关其N2O排放强度与规律尚不清楚。因此,选择重庆北碚国家紫色土肥力监测基地7个长期不同施肥处理的试验田,采用静态箱法对麦季土壤N2O的排放通量进行了连续两年(2008年11月至2009年5月和2009年11月至2010年5月)的原位监测。这7个处理分别为:不施肥+秸秆不还田(以R表示);不施肥+秸秆还田(R+);施PK肥+秸秆不还田(PKR);施N肥+秸秆不还田(MR);NPK正常施肥量+秸秆不还田(FnR);NPK正常施肥量+秸秆还田(FnR+);1.5倍NPK施肥量+秸秆还田(RlR+)。其中,氮肥的正常施用量为135kgN·hm-2,秸秆的还田量为7.5t·hm-2。研究的主要目的是:1)了解稻-麦轮作紫色土在麦季的N2O排放动态;2)揭示长期不同施肥与秸秆还田对土壤N2O排放的影响;3)估算输入土壤的氮素的N2O排放系数。主要研究结果如下:
　　 1.土壤N2O的排放动态
　　 未施氮肥的处理(R、R+和PKR)在两个麦季的N2O瞬时排放通量分别小于55或30μgN·m-2·hr-1,并且随时间的波动变化不大;处理间与年际间的平均排放通量也没有显著差异,范围为13.46±6.71～21.1±13.03μgN·m+2·hr-1。
　　 与未施氮肥的对照不同,施氮肥处理土壤N2O的排放随时间的波动较大,其排放峰值(120.39～289.25μgN·m-2·hr-1)主要出现在施用基肥和追肥后,即小麦生长期的前两个月内。降雨后土壤水分的增加也导致一些强度较小的排放峰。各处理在第一个麦季的N2O平均排放通量范围为35.9±31.77～47.27±62.91μgN·m-2·hr-1,以FnR+最高,FhR+最低;第二个麦季的范围为31.3±14.27～44.28±22.58μgN·m-2·hr-1,以FhR+最高,FnR+最低。除FhR+外,其它施氮处理在第二个麦季的N2O平均排放通量均低于第一个麦季,这可能是因为第二个麦季较低的土壤水分减弱了反硝化作用。
　　 Ⅱ.长期不同施肥与秸秆还田对土壤N2O排放的影响
　　 未施氮肥且秸秆未还田的R.处理在两个麦季的N2O累积排放量分别为0.66和0.60kgN·hm-2,平均为0.63kgN·hm-2。PKR.处理在两季的累积排放量与R.无显著差异,但是R+的累积排放量两季平均比R.高42.7%,说明秸秆还田有利于N2O的产生与排放。化学氮肥的施用对N2O排放的促进作用则比秸秆还田更明显,与R+处理相比,只施氮肥的NR和氮磷钾配施的FnR处理的两季平均排放量分别高118%和84%。氮磷钾配施且秸秆还田的处理,其N2O累积排放量比只有秸秆还田的处理高97%～99%,比只施氮磷钾的处理高8%～13%,说明化学肥料与秸秆配施对N2O排放有一定的协同促进作用。
　　 在秸秆未还田条件下,偏施氮肥的NR处理在第一个麦季的N2O累积排放总量(1.97kgN·hm-2)与氮磷钾配施的FnR处理相差不大,但在第二季,前者比后者高44%(两季平均则高21%)。同样,NK.处理N2O的累积排放总量两季平均比氮磷钾配施且秸秆还田的处理高11%～12%。因此,从土壤N2O减排的角度考虑,在农业生产活动中,应尽量采用氮磷钾平衡施肥而避免偏施氮肥。
　　 Ⅲ.N2O的排放系数
　　 土壤N2O排放系数是建立区域或国家N2O排放清单的基础。不同处理以外源输入的氮素总量(包括秸秆和化肥)计算的土壤N2O排放系数范围为0.50%～0.98%,均值为0.69%±0.20%,明显低于IPCC(2006)的推荐值(1%)。如果分别考虑氮肥或秸秆输入的氮素,则两者的N2O排放系数的范围分别为0.54%～0.98%和0.56%～0.66%,均值分别为0.85%±0.21%和0.61%±0.04%。氮肥的N2O排放系数与秸秆有明显的差异,说明对于不同来源的氮素,宜采用不同的排放系数进行N2O排放量的估算。